JPH05196520A - 位相差式トルク検出装置 - Google Patents
位相差式トルク検出装置Info
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- JPH05196520A JPH05196520A JP2894092A JP2894092A JPH05196520A JP H05196520 A JPH05196520 A JP H05196520A JP 2894092 A JP2894092 A JP 2894092A JP 2894092 A JP2894092 A JP 2894092A JP H05196520 A JPH05196520 A JP H05196520A
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- JP
- Japan
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- magnetic body
- shaft
- torque
- magnetic
- phase difference
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １つのホール素子でシャフトの位相差に基づ
いてトルクを検知することができるようにする。 【構成】 回転駆動可能なシャフト１０の所定位置にリ
ング状の第１磁性体１２及びこれから軸方向に所定位置
をあけて支持部材１６の一端が一体に回転可能に連結さ
れる。第１磁性体１２の外周には第２磁性体１４が配置
されており、これらの対向する面には互いに対応する形
状及び大きさの複数の凹凸が形成される。第２磁性体１
４は支持部材１６と一体に回転可能に連結される。第１
磁性体１２及び第２磁性体１４の端面の軸方向位置は同
一とされており、これらに対向してホール素子１８が設
けられる。ホール素子１８は、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４の対向する凹部及び凸部の円周方向の位置の
変化による磁界の変化をデューティ比として検出し、こ
れからトルクを検知する。また、ホール素子１８から検
出される単位時間当りのパルスの数を計数することによ
って回転速度が算出される。
いてトルクを検知することができるようにする。 【構成】 回転駆動可能なシャフト１０の所定位置にリ
ング状の第１磁性体１２及びこれから軸方向に所定位置
をあけて支持部材１６の一端が一体に回転可能に連結さ
れる。第１磁性体１２の外周には第２磁性体１４が配置
されており、これらの対向する面には互いに対応する形
状及び大きさの複数の凹凸が形成される。第２磁性体１
４は支持部材１６と一体に回転可能に連結される。第１
磁性体１２及び第２磁性体１４の端面の軸方向位置は同
一とされており、これらに対向してホール素子１８が設
けられる。ホール素子１８は、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４の対向する凹部及び凸部の円周方向の位置の
変化による磁界の変化をデューティ比として検出し、こ
れからトルクを検知する。また、ホール素子１８から検
出される単位時間当りのパルスの数を計数することによ
って回転速度が算出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位相差式トルク検出装
置に関するものである。
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のトルクセンサとしては、例えば次
のようなものがある。特開昭６３−３１１１３６号公
報、特開平１−３５３３０号公報、及び特開昭６２−１
６１０３３号公報に示される磁歪式センサは、強磁性体
に応力を加えたときに磁化が変化する現象を利用したも
のである。また、特開平１−９７８２４号公報、特開昭
６２−２６４６８５号公報、及び特開昭６３−１７２９
３２号公報に示される位相差式センサは、シャフトの軸
方向に離れた２か所にそれぞれセンサを設けてそれぞれ
の回転を検知し、これらの位相差からトルクを算出する
ものである。
のようなものがある。特開昭６３−３１１１３６号公
報、特開平１−３５３３０号公報、及び特開昭６２−１
６１０３３号公報に示される磁歪式センサは、強磁性体
に応力を加えたときに磁化が変化する現象を利用したも
のである。また、特開平１−９７８２４号公報、特開昭
６２−２６４６８５号公報、及び特開昭６３−１７２９
３２号公報に示される位相差式センサは、シャフトの軸
方向に離れた２か所にそれぞれセンサを設けてそれぞれ
の回転を検知し、これらの位相差からトルクを算出する
ものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のトルクセンサでは、次のような問題がある。磁歪式
センサは、回転数を検知することができない。また、ア
モルファス金属等の特殊材料を使用することが多いた
め、コストが高くなる。位相差式センサは、センサを２
つ以上使うため、コストが高くなる。本発明は、このよ
うな課題を解決するためのものである。
来のトルクセンサでは、次のような問題がある。磁歪式
センサは、回転数を検知することができない。また、ア
モルファス金属等の特殊材料を使用することが多いた
め、コストが高くなる。位相差式センサは、センサを２
つ以上使うため、コストが高くなる。本発明は、このよ
うな課題を解決するためのものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、シャフトの異
なる場所に取り付けられた２つの磁性体の端面に対向し
て磁界検出器を配置し、２つの磁性体の凹部及び凸部の
相対位置の変化を磁界検出器によって検出することによ
り上記課題を解決する。すなわち本発明の位相差式トル
ク検出装置は、回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第１磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第１磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
２磁性体が配置されており、第２磁性体は支持部材を介
してシャフトの第１磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、第１磁性体及び第
２磁性体の一端面はシャフトに直交する同一平面上に位
置しており、第１磁性体の外周面及び第２磁性体の内周
面には互いに対応する形状及び大きさの凹部及び凸部が
歯車状に形成されており、第１磁性体及び第２磁性体の
上記一端面に対向して磁石が配置されており、第１磁性
体及び第２磁性体と磁石との間にはこれらの間に発生す
る磁界を検出する磁界検出器が設けられており、磁界検
出器からの信号を処理してトルクを求める信号処理装置
を有している。また、信号処理装置は、磁界検出器から
の信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路と、Ａ−Ｄ変換
回路からの出力のデューティ比を算出するとともにこれ
からトルクを演算する演算部とを有しているものとする
こともできる。また、演算部は、Ａ−Ｄ変換回路からの
パルスを計算することによってシャフトの回転速度を算
出することもできる。
なる場所に取り付けられた２つの磁性体の端面に対向し
て磁界検出器を配置し、２つの磁性体の凹部及び凸部の
相対位置の変化を磁界検出器によって検出することによ
り上記課題を解決する。すなわち本発明の位相差式トル
ク検出装置は、回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第１磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第１磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
２磁性体が配置されており、第２磁性体は支持部材を介
してシャフトの第１磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、第１磁性体及び第
２磁性体の一端面はシャフトに直交する同一平面上に位
置しており、第１磁性体の外周面及び第２磁性体の内周
面には互いに対応する形状及び大きさの凹部及び凸部が
歯車状に形成されており、第１磁性体及び第２磁性体の
上記一端面に対向して磁石が配置されており、第１磁性
体及び第２磁性体と磁石との間にはこれらの間に発生す
る磁界を検出する磁界検出器が設けられており、磁界検
出器からの信号を処理してトルクを求める信号処理装置
を有している。また、信号処理装置は、磁界検出器から
の信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路と、Ａ−Ｄ変換
回路からの出力のデューティ比を算出するとともにこれ
からトルクを演算する演算部とを有しているものとする
こともできる。また、演算部は、Ａ−Ｄ変換回路からの
パルスを計算することによってシャフトの回転速度を算
出することもできる。
【０００５】
【作用】シャフトにトルクが作用すると、トルクの大き
さに応じてシャフトがねじれ、第１磁性体と第２磁性体
との円周方向の相対位置関係が変化する。このため、両
磁性体の凹部及び凸部の相対位置関係も変化し、凹部及
び凸部を通る磁界が変化する。この磁界の変化を磁界検
出器によって検出する。磁界検出器の出力をＡ−Ｄ変換
することにより、磁界変化の度合いはデューティ比とし
て検出される。得られたデューティ比をトルクに換算す
ることにより、シャフトに作用しているトルクが求めら
れる。
さに応じてシャフトがねじれ、第１磁性体と第２磁性体
との円周方向の相対位置関係が変化する。このため、両
磁性体の凹部及び凸部の相対位置関係も変化し、凹部及
び凸部を通る磁界が変化する。この磁界の変化を磁界検
出器によって検出する。磁界検出器の出力をＡ−Ｄ変換
することにより、磁界変化の度合いはデューティ比とし
て検出される。得られたデューティ比をトルクに換算す
ることにより、シャフトに作用しているトルクが求めら
れる。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の位相差式トルク検出装置の概
略断面図を示す。回転駆動されるシャフト１０の所定位
置の外周にこれと一体に回転するように、リング状の第
１磁性体１２がはめ合わされて連結されている。第１磁
性体１２の外周には、これとの間に小さいすきまをあけ
て同心にリング状の第２磁性体１４が設けられている。
第２磁性体１４は略つり鐘状の支持部材１６の内周面に
取り付けられている。支持部材１６の一端は、シャフト
１０にこれと一体に回転するように連結されている。支
持部材１６が連結されている位置は、第１磁性体１２が
連結されている位置から軸方向に所定間隔をあけられて
いる。第１磁性体１２及び第２磁性体１４の端面（これ
らは、シャフト１０に直交する同一平面上に位置してい
る）に対向してホール素子１８（磁界検出器）が設けら
れている。ホール素子１８の後部（第１磁性体１２及び
第２磁性体１４の対面側とは反対側）には磁石２０が設
けられている。ホール素子１８は磁石と第１磁性体１２
及び第２磁性体１４によって生じる磁界に応じた電圧を
アナログ波形として出力する。この出力波形は、図２の
信号処理装置の制御ブロック図に示されるように、Ａ−
Ｄ変換回路２２によって、デジタル波形に変換されて、
演算部２４に入力される。演算部２４では、後述のよう
にトルク及び回転速度が算出される。
略断面図を示す。回転駆動されるシャフト１０の所定位
置の外周にこれと一体に回転するように、リング状の第
１磁性体１２がはめ合わされて連結されている。第１磁
性体１２の外周には、これとの間に小さいすきまをあけ
て同心にリング状の第２磁性体１４が設けられている。
第２磁性体１４は略つり鐘状の支持部材１６の内周面に
取り付けられている。支持部材１６の一端は、シャフト
１０にこれと一体に回転するように連結されている。支
持部材１６が連結されている位置は、第１磁性体１２が
連結されている位置から軸方向に所定間隔をあけられて
いる。第１磁性体１２及び第２磁性体１４の端面（これ
らは、シャフト１０に直交する同一平面上に位置してい
る）に対向してホール素子１８（磁界検出器）が設けら
れている。ホール素子１８の後部（第１磁性体１２及び
第２磁性体１４の対面側とは反対側）には磁石２０が設
けられている。ホール素子１８は磁石と第１磁性体１２
及び第２磁性体１４によって生じる磁界に応じた電圧を
アナログ波形として出力する。この出力波形は、図２の
信号処理装置の制御ブロック図に示されるように、Ａ−
Ｄ変換回路２２によって、デジタル波形に変換されて、
演算部２４に入力される。演算部２４では、後述のよう
にトルク及び回転速度が算出される。
【０００７】図３に初期設定時（すなわち、シャフト１
０にトルクが作用していないとき）の第１磁性体１２及
び第２磁性体１４の断面図を示す。第１磁性体１２の外
周部には、９０度間隔で凹部１２ａが４つ形成されてい
る。これによって凸部１２ｂも４つ形成される。第２磁
性体１４にもこれの内周部に、９０度間隔で凹部１４ａ
が４つ形成され、また凸部１４ｂが４つ形成されてい
る。第１磁性体１２及び第２磁性体１４の凹部１２ａ及
び１４ａは、円周方向長さ及び径方向の深さが互いに同
一である。
０にトルクが作用していないとき）の第１磁性体１２及
び第２磁性体１４の断面図を示す。第１磁性体１２の外
周部には、９０度間隔で凹部１２ａが４つ形成されてい
る。これによって凸部１２ｂも４つ形成される。第２磁
性体１４にもこれの内周部に、９０度間隔で凹部１４ａ
が４つ形成され、また凸部１４ｂが４つ形成されてい
る。第１磁性体１２及び第２磁性体１４の凹部１２ａ及
び１４ａは、円周方向長さ及び径方向の深さが互いに同
一である。
【０００８】次に本実施例の動作について説明する。第
１磁性体１２及び第２磁性体１４は、図３に示されるよ
うに、これらの凸部１２ｂ及び１４ｂ同士及び凹部１２
ａ及び１４ａ同士を一致させた状態でシャフト１０へ初
期設定される。シャフト１０が回転駆動されると第１磁
性体１２及び第２磁性体１４もシャフト１０と一体に回
転する。シャフト１０にねじれが生じていない間、すな
わちトルクが作用していない間は、第１磁性体１２及び
第２磁性体１４は初期設定の状態を保ったまま回転す
る。シャフト１０にトルクが作用すると、第１磁性体１
２及び第２磁性体１４は、互いに円周方向にずれて、例
えば図４のような状態になる。この図に示されるよう
に、初期設定の状態では一致していた凸部１２ｂ及び１
４ｂ同士及び凹部１２ａ及び１４ａ同士が、円周方向に
ずれた状態になる。図３及び図４に示される状態に対応
するホール素子１８の出力波形をそれぞれ図５及び図６
に示す。図３の状態のときには、ホール素子１８の出力
波形は、図５に示されるような１段階の波形になる。こ
れをＡ−Ｄ変換回路２２によってデジタル波形に変換す
ると、図７に示されるように、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４の凸部１２ｂ及び１４ｂ同士が重なっている
部分のみが、オンとして出力される。次に、図４の状態
のときには、図６に示されるように、ホール素子１８の
出力は、第１磁性体１２の凹部１２ａと第２磁性体１４
の凸部１４ｂとが重なっている部分と、互いの凸部１２
ｂ及び１４ｂ同士が重なっている部分と、第１磁性体１
２の凸部１２ｂと第２磁性体１４の凹部１４ａとが重な
っている部分と、の３段階で振幅が変わるようにな波形
になる。これをＡ−Ｄ変換回路２２によってデジタル波
形に変換すると、図８に示されるように、第１磁性体１
２及び第２磁性体１４の少なくとも一方の凸部１２ｂ又
は１４ｂがある部分がオンとして出力される。このよう
に、トルク作用時には、トルク非作用時よりもオンの領
域が大きくなる。これにより、図８に示されるトルク作
用時のオンの領域から図７に示されるトルク非作用時の
オンの領域を引いた部分が、トルクに比例することにな
る。このオンの領域のトルクによる変化はデューティ比
として検出される。すなわち、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４は回転しているので、シャフト１０の１回転
中にオンの状態が４回及びオフの状態が４回交互に発生
することになる。トルクが大きくなるほどシャフト１０
の１回転中におけるオンの時間が長くなり、オフの時間
が短くなる。両方の時間を加えたものに対するオンの時
間の比率がデューティ比として検出される。トルク非作
用時のデューティ比は、凹部１２ａ及び１４ａと凸部１
２ｂ及び１４ｂとの円周方向長さが等しいとすると、５
０％になる。トルクが作用すると、オンの時間が長くな
るため、デューティ比は５０％より大きい値になってい
く。このデューティ比の増大分と作用させたトルクとを
比較して対応させることにより、デューティ比からトル
クの値を求めることができる。
１磁性体１２及び第２磁性体１４は、図３に示されるよ
うに、これらの凸部１２ｂ及び１４ｂ同士及び凹部１２
ａ及び１４ａ同士を一致させた状態でシャフト１０へ初
期設定される。シャフト１０が回転駆動されると第１磁
性体１２及び第２磁性体１４もシャフト１０と一体に回
転する。シャフト１０にねじれが生じていない間、すな
わちトルクが作用していない間は、第１磁性体１２及び
第２磁性体１４は初期設定の状態を保ったまま回転す
る。シャフト１０にトルクが作用すると、第１磁性体１
２及び第２磁性体１４は、互いに円周方向にずれて、例
えば図４のような状態になる。この図に示されるよう
に、初期設定の状態では一致していた凸部１２ｂ及び１
４ｂ同士及び凹部１２ａ及び１４ａ同士が、円周方向に
ずれた状態になる。図３及び図４に示される状態に対応
するホール素子１８の出力波形をそれぞれ図５及び図６
に示す。図３の状態のときには、ホール素子１８の出力
波形は、図５に示されるような１段階の波形になる。こ
れをＡ−Ｄ変換回路２２によってデジタル波形に変換す
ると、図７に示されるように、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４の凸部１２ｂ及び１４ｂ同士が重なっている
部分のみが、オンとして出力される。次に、図４の状態
のときには、図６に示されるように、ホール素子１８の
出力は、第１磁性体１２の凹部１２ａと第２磁性体１４
の凸部１４ｂとが重なっている部分と、互いの凸部１２
ｂ及び１４ｂ同士が重なっている部分と、第１磁性体１
２の凸部１２ｂと第２磁性体１４の凹部１４ａとが重な
っている部分と、の３段階で振幅が変わるようにな波形
になる。これをＡ−Ｄ変換回路２２によってデジタル波
形に変換すると、図８に示されるように、第１磁性体１
２及び第２磁性体１４の少なくとも一方の凸部１２ｂ又
は１４ｂがある部分がオンとして出力される。このよう
に、トルク作用時には、トルク非作用時よりもオンの領
域が大きくなる。これにより、図８に示されるトルク作
用時のオンの領域から図７に示されるトルク非作用時の
オンの領域を引いた部分が、トルクに比例することにな
る。このオンの領域のトルクによる変化はデューティ比
として検出される。すなわち、第１磁性体１２及び第２
磁性体１４は回転しているので、シャフト１０の１回転
中にオンの状態が４回及びオフの状態が４回交互に発生
することになる。トルクが大きくなるほどシャフト１０
の１回転中におけるオンの時間が長くなり、オフの時間
が短くなる。両方の時間を加えたものに対するオンの時
間の比率がデューティ比として検出される。トルク非作
用時のデューティ比は、凹部１２ａ及び１４ａと凸部１
２ｂ及び１４ｂとの円周方向長さが等しいとすると、５
０％になる。トルクが作用すると、オンの時間が長くな
るため、デューティ比は５０％より大きい値になってい
く。このデューティ比の増大分と作用させたトルクとを
比較して対応させることにより、デューティ比からトル
クの値を求めることができる。
【０００９】なお、第１磁性体１２と第２磁性体１４と
の初期設定は、図９に示すように、凹部１２ａと凸部１
４ｂとが、それぞれ対応するようにすることもできる。
この場合、図９の状態でデューティ比は１００％とな
り、一方、トルクが作用して図１０の状態になると、凹
部１２ａ及び１４ａが対面している分だけデューティ比
が小さくなっていくことになる。この場合もデューティ
比からトルクを求めることができる。
の初期設定は、図９に示すように、凹部１２ａと凸部１
４ｂとが、それぞれ対応するようにすることもできる。
この場合、図９の状態でデューティ比は１００％とな
り、一方、トルクが作用して図１０の状態になると、凹
部１２ａ及び１４ａが対面している分だけデューティ比
が小さくなっていくことになる。この場合もデューティ
比からトルクを求めることができる。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、シャフトの軸方向に所
定間隔をあけて連結されているリング状の第１磁性体及
び第２磁性体をシャフトの軸方向の同じ位置に同心に設
け、これらの端面に対向して磁界検出器を１つだけ設け
ることにより、トルクを検出することができる。これに
より、磁界検出器を１つしか使わないため、部品点数が
少なくなり、コストが安くなる。また、小型化すること
ができる。特殊材料を用いる必要がないため、コストが
安くなる。磁界検出器から検出されるパルスの数を計数
することによって、回転速度も検知することができる。
定間隔をあけて連結されているリング状の第１磁性体及
び第２磁性体をシャフトの軸方向の同じ位置に同心に設
け、これらの端面に対向して磁界検出器を１つだけ設け
ることにより、トルクを検出することができる。これに
より、磁界検出器を１つしか使わないため、部品点数が
少なくなり、コストが安くなる。また、小型化すること
ができる。特殊材料を用いる必要がないため、コストが
安くなる。磁界検出器から検出されるパルスの数を計数
することによって、回転速度も検知することができる。
【図１】本発明の位相差式トルク検出装置の概略断面図
である。
である。
【図２】制御ブロック図である。
【図３】初期設定時の第１磁性体及び第２磁性体の断面
図である。
図である。
【図４】トルク作用時の第１磁性体及び第２磁性体の断
面図である。
面図である。
【図５】図３に示す状態に対応するホール素子の出力波
形図である。
形図である。
【図６】図４に示す状態に対応するホール素子の出力波
形図である。
形図である。
【図７】図３に示す状態に対応するデジタル出力波形図
である。
である。
【図８】図４に示す状態に対応するデジタル出力波形図
である。
である。
【図９】別の初期設定時の第１磁性体と第２磁性体との
位置関係を示す図である。
位置関係を示す図である。
【図１０】図９に示したものにトルクが作用した状態を
示す図である。
示す図である。
１０ シャフト １２ 第１磁性体 １４ 第２磁性体 １２ａ、１４ａ 凹部 １２ｂ、１４ｂ 凸部 １６ 支持部材 １８ ホール素子（磁界検出器） ２０ 磁石 ２２ Ａ−Ｄ変換回路 ２４ 演算部
Claims (3)
- 【請求項１】 回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第１磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第１磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
２磁性体が配置されており、第２磁性体は支持部材を介
してシャフトの第１磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、 第１磁性体及び第２磁性体の一端面はシャフトに直交す
る同一平面上に位置しており、第１磁性体の外周面及び
第２磁性体の内周面には互いに対応する形状及び大きさ
の凹部及び凸部が歯車状に形成されており、第１磁性体
及び第２磁性体の上記一端面に対向して磁石が配置され
ており、第１磁性体及び第２磁性体と磁石との間にはこ
れらの間に発生する磁界を検出する磁界検出器が設けら
れており、磁界検出器からの信号を処理してトルクを求
める信号処理装置を有している位相差式トルク検出装
置。 - 【請求項２】 信号処理装置は、磁界検出器からの信号
をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路と、Ａ−Ｄ変換回路か
らの出力のデューティ比を算出するとともにこれからト
ルクを演算する演算部とを有している請求項１記載の位
相差式トルク検出装置。 - 【請求項３】 演算部は、Ａ−Ｄ変換回路からのパルス
を計算することによってシャフトの回転速度を算出可能
である請求項２記載の位相差式トルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2894092A JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2894092A JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196520A true JPH05196520A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12262409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2894092A Pending JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05196520A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997014608A1 (fr) * | 1995-10-17 | 1997-04-24 | Seiko Epson Corporation | Dispositif de detection, dispositif fournissant une force d'entrainement a l'aide dudit dispositif et dispositif d'ajustement au point zero pour un detecteur de couple dans le dispositif fournissant une force d'entrainement |
| JPH09126916A (ja) * | 1995-10-31 | 1997-05-16 | Syst Toruku Kk | トルク検出器 |
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